我国科学家实现微电子领域的重大原始创新

芯片是电脑的心脏，而芯片的核心是器件。2013年8月10日出版的美国 《科学》杂志宣布了一种全新的微电子基础器件的诞生，这就是复旦大学张卫团队研发的半浮栅晶体管（SFGT）。

多年来，我国的集成电路制造工艺长期处于全球产业链的末端。作为微电子领域的重大原始创新，SFGT的技术突破将有助于我国掌握集成电路的关键技术，在芯片设计与制造上获得更大的核心竞争力。

在过去的几十年里，晶体管小型化验证突破有两个难题：令人咋舌的制造成本和耗电量。由复旦大学微电子学院副院长张卫领衔的团队另辟蹊径：研发新型晶体管。经过4年的不懈探索，张卫课题组终于在全球范围内率先研发出半浮栅晶体管，实现了世界级的科研突破。

与传统的晶体管相比，半浮栅晶体管具有结构巧、性能高的特点。 “我们常用的U盘等闪存芯片，采用的浮栅晶体管的器件在写入和擦除时，需要较高的操作电压（接近20 V）和较长的时间（微秒级）。”张卫说，“为了摆脱电压和时间的束缚，我们把一个隧穿场效应晶体管（TFET）和浮栅晶体管结合起来，构成了全新的 ‘半浮栅’结构器件”。

张卫介绍，半浮栅晶体管可在多类产业中应用，潜在的市场规模达到300亿美元以上。但从实验室的科研论文到大规模产业化的核心技术还有一步之遥。张卫期盼实现三方合作，即设计公司出产品、制造企业生产、复旦大学提供技术支持，从而加快实现该技术的产业化。团队成员之一、复旦大学微电子学院教授王鹏飞坦言： “我们现在仅领先半年左右。”为此，张卫建议，我国科研机构和企业需要快速构建一个以SFGT为核心技术专利的专利群，从而抢占未来世界微电子产业发展的一个制高点。

延伸阅读

MOSFET晶体管、浮栅晶体管与半浮栅晶体管

MOSFET晶体管和浮栅晶体管广泛地应用于当前主流的芯片之中。

尽管制造工艺进步让MOSFET晶体管可以缩小尺寸，但是其功率密度却一直无法降低。这导致了该器件的功耗非常高。 “举个例子，如果CPU上面不带电风扇的话，可能你一开电脑，芯片就会‘唰’地一下烧起来，”复旦大学微电子学院副院长张卫介绍说，“MOSFET晶体管集成电路如果进一步做小到十几纳米左右，那么它的功耗将巨大得不可接受”。

另一种常见的集成电路器件是浮栅晶体管，多应用于闪存（U盘），其特点是即使断电，信息也不会丢失，但是在写入和擦除数据时，该晶体管都会放出大量的热量。这和它的工作原理有关：传统的浮栅晶体管利用 “栅”结构来调节电场、实现“存储”功能，利用高电压写入 “数据”，而 “擦除”则要用更高的电压。此外，受 “栅”结构工作原理的影响，由浮栅晶体管制成的集成电路在速度上也受到了较大的限制。

而半浮栅晶体管则在降低功耗和提高性能这两方面都取得了很大的突破。通过将栅结构和突破性的隧穿（TEFT）晶体管结构相结合，半浮栅晶体管极大地降低了自身的能耗；拥有量子隧穿结构（TFET）的半浮栅晶体管比传统MOSFET晶体管的体积更小、集成度更高，即使把集成电路做到十几纳米，半浮栅晶体管组成的器件依然能保持很低的能耗。